додати матеріал

приховати рекламу

Режими роботи асинхронних двигунів

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

Міністерство Освіти Російської Федерації
Самарський Державний Технічний Університет
Кафедра
«Електромеханіка і нетрадиційна енергетика»

РЕФЕРАТ

Тема:
"РЕЖИМИ РОБОТИ
АСИНХРОННИХ ДВИГУНІВ. "

Виконав:
Ст-т другий куса, 12 гр.,
спец. 1801,
Полукаров О.М.
Перевірив:
Булгаков В.В.

Самара

2006


1. ВСТУП.
ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ ПРО АСИНХРОННИХ МАШИНАХ.
Асинхронної машиною називається двохобмотувальні електрична машина змінного струму, у якої тільки одна обмотка (первинна) отримує живлення від електричної мережі з постійною частотою ω 1, а друга обмотка (вторинна) замикається накоротко або на електричні опори. Струми у вторинній обмотці з'являються в результаті електромагнітної індукції. Їх частота ω 2 є функцією кутової швидкості ротора Ω, яка у свою чергу залежить від обертаючого моменту, прикладеного до валу.
Найбільшого поширення набули асинхронні машини з трифазною симетричної разноіменнополюсной обмоткою на статорі, що живиться від мережі змінного струму, і з трифазної або багатофазної симетричної разноіменнополюсной обмоткою на роторі.
Машини такого виконання називають просто «асинхронними машинами», в той час як асинхронні машини інших виконань відносяться до «спеціальним асинхронним машин».
Асинхронні машини використовуються в основному як двигуни; в якості генераторів вони застосовуються вкрай рідко.
Асинхронний двигун є найбільш поширеним типом двигуна змінного струму.
Разноіменнополюсная обмотка ротора асинхронного двигуна може бути короткозамкненою (біляча клітина) або фазної (приєднується до контактних кілець). Найбільше поширення мають дешеві у виробництві та надійні в експлуатації двигуни з короткозамкненою обмоткою на роторі, або короткозамкнені двигуни. Ці двигуни мають жорсткої механічною характеристикою (при зміні навантаження від холостого ходу до номінальної їх частота обертання зменшується всього на 2-5%).
Двигуни з короткозамкненою обмоткою на роторі мають також досить високим початковим пусковим обертаючим моментом. Їх основні недоліки: труднощі здійснення плавного регулювання частоти обертання в широких межах; споживання великих струмів з мережі при пуску (в 5-7 разів перевищують поминальний струм).
Двигуни з фазною обмоткою на роторі або двигуни з контактними кільцями позбавлені цих недоліків ціною ускладнення конструкції ротора, що призводить до їх помітного подорожчання у порівнянні з короткозамкненим двигунами (приблизно в 1,5 рази). Тому двигуни з контактними кільцями на роторі знаходять застосування лише при важких умовах пуску, а також при необхідності плавного регулювання частоти обертання.
Двигуни з контактними кільцями іноді застосовують у каскаді з іншими машинами. Каскадні з'єднання асинхронної машини дозволяють плавно регулювати частоту обертання в широкому діапазоні при високому коефіцієнті потужності, однак через значну вартості не мають скільки-небудь помітного поширення.
У двигунах з контактними кільцями вивідні кінці обмотки ротора, фази якої з'єднуються зазвичай в зірку, приєднуються до трьох контактних кілець. За допомогою щіток, що стикаються з кільцями, в ланцюг обмотки ротора можна вводити додатковий опір або додаткову ЕРС для зміни пускових або робочих властивостей машини; щітки дозволяють також замкнути обмотку накоротко.
У більшості випадків додатковий опір вводиться в обмотку ротора тільки при пуску двигуна, що призводить до збільшення пускового моменту і зменшення пускових струмів і полегшує пуск двигуна. При роботі асинхронного двигуна пусковий реостат повинен бути повністю виведений, а обмотка ротора замкнута накоротко. Іноді асинхронні двигуни забезпечуються спеціальним пристроєм, що дозволяє після завершення пуску замкнути між собою контактні кільця і ​​підняти щітки. У таких двигунах вдається підвищити ККД за рахунок виключення втрат від тертя кілець про щітки та електричних втрат в перехідному контакті щіток.
Випускаються заводами асинхронні двигуни призначаються для роботи в певних умовах з певними технічними даними, званими номінальними. До числа номінальних даних асинхронних двигунів, які вказуються в заводській табличці машини, укріпленої на її корпусі, відносяться:
механічна потужність, що розвивається двигуном, Р н = P 2н;
частота мережі f 1;
лінійна напруга статора U 1лн
лінійний струм статора I 1лн;
частота обертання ротора n н;
коефіцієнт потужності cos φ 1 н;
коефіцієнт корисної дії η н.
Якщо у трифазної обмотки статора виведені початку і кінці фаз і вона може бути включена в зірку або трикутник, то вказуються лінійні напруги і струми для кожного з можливих з'єднань (Υ / Δ).
Крім того, для двигуна з контактними кільцями наводиться напруга на розімкнутих кільцях при нерухомому роторі і лінійний струм ротора в номінальному режимі.
Номінальні дані асинхронних двигунів варіюються в дуже широких межах. Номінальна потужність - від доль вата до десятків тисяч кіловат. Номінальна синхронна частота обертання п = 60 f 1 / р при частоті мережі 50 Гц від 3000 до 500 об / хв і менше в особливих випадках, при підвищених частотах - до 100 000 об / хв і більше (номінальна частота обертання ротора зазвичай на 2 -5% менше синхронної; в мікродвигуна - на 5-20%). Номінальна напруга від 24 В до 10 кВ (великі значення при великих потужностях).
Номінальний ККД асинхронних двигунів зростає із зростанням їх потужності і частоти обертання; при потужності понад 0,5 кВт він становить 0,65-0,95, в мікродвигуна 0,2-0,65.
Номінальний коефіцієнт потужності асинхронних двигунів, рівний відношенню активної потужності до повної потужності, що споживається з мережі,

також зростає з ростом потужності і частоти обертання двигунів; при потужності понад 1 кВт він становить 0,7-0,9; в мікродвигуна 0,3-0,7.
2. ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ ПРО режимів роботи асинхронних двигунів.
У руховому режимі різниця частот обертання ротора і поля статора в більшості випадків невелика і становить лише кілька відсотків. Тому частоту обертання ротора оцінюють не в абсолютних одиницях (об / хв або об / с), а у відносних, вводячи поняття ковзання:
s = (п з - П) / п з,
де п з - Частота обертання поля (синхронна частота обертання); п - частота обертання ротора.
Ковзання виражається або у відносних одиницях (s = = 0,02; 0,025 і т. п.), або у відсотках (s - 2%, 2,5% і т. п.).
Частота струму і ЕРС, наводимая в провідниках обмотки ротора, залежать від частоти струму і ЕРС обмотки статора і від ковзання:
f 2 - f 1 s; Е '2 - E 1 s,
де Е 1 - ЕРС обмотки статора; Е '2 - ЕРС обмотки ротора, приведена до числа витків обмотки статора.
Теоретично асинхронна машина може працювати в діапазоні зміни ковзання s = - ∞ ... + ∞ (рис. 2.1),
Рис. 2.1. Механічна характеристика
асинхронної машини

але не при s = 0, так як в цьому випадку п - п с і провідники обмотки ротора нерухомі щодо поля статора, ЕРС і струм в обмотці дорівнюють нулю і момент відсутня. У залежності від практично можливих ковзань розрізняють декілька режимів роботи асинхронних машин (рис. 2.1): генераторний режим при s <0, руховий при 0 <s <1, трансформаторний при s = 1 і гальмівної при s> 1. У генераторному режимі ротор машини обертається в ту ж сторону, що і поле статора, але з більшою частотою. У руховому - напрямку обертання поля статора і ротора співпадають, але ротор обертається повільніше поля статора: п = п з (1 - s). У трансформаторному режимі ротор машини нерухомий і обмотки ротора і статора не переміщаються щодо один одного. Асинхронна машина в такому режимі являє собою трансформатор і відрізняється від нього розташуванням первинної і вторинної обмоток (обмотки статора і ротора) і наявністю повітряного зазору в муздрамтеатрі. В гальмівному режимі ротор обертається, але напрямок його обертання протилежна напрямку поля статора і машина створює момент, протилежний моменту, що діє на вал. Переважна більшість асинхронних машин використовують як двигуни, і лише дуже невелика кількість - у генераторному і трансформаторному режимах, в гальмівному режимі - короткочасно.
Для оцінки механічної характеристики асинхронного двигуна моменти, що розвиваються двигуном при різних ковзаннях, зазвичай висловлюють не в абсолютних, а у відносних одиницях, тобто вказують кратність по відношенню до номінального моменту: М * = M / М ном. Залежність М * = f (s) асинхронного двигуна (рис. 2.2) має кілька характерних точок, відповідних пусковому М * п, мінімального М * min, максимальному М * max і номінальному М * ном моментів.
Пусковий момент М * п характеризує початковий момент, що розвивається двигуном безпосередньо при включенні його в мережу при нерухомому роторі (s - 1). Після рушання двигуна з місця його момент трохи зменшується в порівнянні з пусковим (див. рис. 2.2). Зазвичай М * min на 10 ... 15% менше М * п. Більшість двигунів проектують так, щоб їх М * min був більше М * ном, так як вони можуть досягти номінальної швидкості лише за умови, що момент опору, прикладений до валу , буде менше, ніж М * min .
Максимальний момент М * max характеризує перевантажувальну здатність двигуна. Якщо момент опору перевищує М * max, двигун зупиняється. Тому М * max називають також критичним, а ковзання, при якому момент досягає максимуму, - критичним ковзанням s до p. Зазвичай s кр не перевищує 0,1 ... 0,15; в двигунах з підвищеним ковзанням (кранових, металургійних і т. п.) s до p може бути значно більшим.
У діапазоні 0 <s <s кр характеристика М - f (s) має стійкий характер. Вона є робочою частиною механічної характеристики двигуна. При ковзаннях s> s кр двигун в нормальних умовах працювати не може. Ця частина характеристики визначає пускові властивості двигуна від моменту пуску до виходу на робочу частину характеристики.

Трансформаторний режим, тобто режим, коли обмотка статора підключена

до мережі, а ротор нерухомий, називають також режимом

Рис. 2.2. Залежність струму і моменту
асинхронного двигуна від ковзання
короткого замикання двигуна. При s = 1 струм двигуна в кілька разів перевищує номінальний, а охолодження багато гірше, ніж при номінальному режимі. Тому в режимі короткого замикання асинхронний двигун, не розрахований для роботи при ковзаннях, близьких до одиниці, може перебувати лише протягом декількох секунд.
Режим короткого замикання виникає при кожному пуску двигуна, однак у цьому випадку він короткочасний. Кілька пусків двигуна з короткозамкненим ротором підряд або через короткі проміжки часу можуть привести до перевищення допустимої температури його обмоток і до виходу двигуна з ладу.
*
* 3. АНАЛІТИЧНЕ І ГРАФІЧНЕ ВИЗНАЧЕННЯ режимів роботи асинхронних МАШИНИ
*
Електромеханічне перетворення енергії може відбуватися в асинхронної машині в наступних трьох режимах:
в режимі двигуна 0 <s <l, Ω 1> Ω> 0;
в режимі генератора s <0, Ω> Ω 1;
в режимі гальма s> 1, Ω <0.
Крім того, важливі ще два характерних режиму роботи, в яких електромеханічне перетворення енергії не відбувається: режим ідеального холостого ходу (s = 0, Ω = Ω 1) і режим короткого замикання (s = 1, Ω = 0).
У режимі двигуна (область Д на рис. 3.2) під впливом електромагнітного моменту Μ> 0, спрямованого в бік поля, ротор машини обертається в бік поля зі швидкістю, меншою, ніж швидкість поля (Ω 1> Ω> 0, 0 <s < 1). У цьому режимі
Ρ ем = Μ Ω 1 = > 0; Ρ хутро = Μ Ω = Ρ Е2 > 0.
Електрична потужність Р 1 = Р ем + Р м + Р Е1> 0 перетвориться в механічну потужність Р 2 = Р хутро - Ρ д - Ρ Ί > 0, передану через вал приводиться в рух машини.
Енергетичні процеси в режимі двигуна ілюструються рис. 3.1, а, на якому напрям активної складової струму ротора i збігається з індуктірованное в роторі ЕРС. Напрямок електромагнітного моменту Μ визначається електромагнітної силою B m i 2 a, що діє на струм i 2 a .
Корисна механічна потужність Р 2 виявляється менше споживається з мережі потужності на втрати Σ Ρ:
Ρ 2 = Ρ 1 - Σ Ρ = Ρ 1 - е. 1 + Ρ м + Ρ е. 2 + Ρ д + Ρ т),
І ККД двигуна виражається формулою:
η = = 1 - = F (s)
У режимі генератора (область Г на рис. 3.2) під впливом зовнішнього моменту М в> 0, спрямованого у бік поля (рис. 3.1, б), ротор машини обертається зі швидкістю, що перевищує швидкість поля (Ω> Ω 1, s <0 ). У цьому режимі у зв'язку зі зміною напрямку обертання поля (Ω ^) щодо ротора активна складова струму ротора р '2а змінює свій напрямок иа зворотне (в порівнянні з руховим режимом). Тому електромагнітний момент Μ = B m i 2 a, що врівноважує зовнішній момент, спрямований проти поля і вважається негативним <0), потужності Р еР тх також негативні:
Ρ ем = Μ Ω 1 = <0; Ρ хутро = Μ Ω = Ρ Е2 <0.



Рис. 3.1. Режими роботи асинхронної машини.
а - руховий;
б - генераторний;
в - гальма;
г - трансформатора (або короткого замикання).

Напрямок перетворення енергії змінюється на протилежне: механічна потужність Р р, підведена до валу машини, перетворюється в електричну потужність P lt надходить в мережу. Оскільки потужність втрат завжди позитивна (в будь-якому режимі роботи ці потужності перетворюються на тепло), механічна потужність:
Ρ хутро = Ρ ем - Ρ Е2 <0 при s <0
за абсолютним значенням більше, ніж електромагнітна (рис. 3.2):
| Ρ хутро | = | Ρ ем | + Ρ Е2

Рис. 3.2. Електромеханічні характеристики асинхронної машини (у відносних одиницях при 1 / х = 1; / 0 = 0,364; cos <р 0 = 0,185; Х р = Х '2 = 0,125; До р = 0,0375; R' s = 0,0425 ).

З тієї ж причини споживана механічна потужність

P 2 = P 1 - Σ Ρ <0
за абсолютним значенням на втрати більше електричної потужності, що віддається в мережу:
| Ρ 2 | = | Ρ 1 | + Σ Ρ,
і ККД генератора
η = = 1 - .
У режимі гальма (область Т на рис. 3.2) під впливом зовнішнього моменту М в <0, спрямованого проти обертання поля (рис. 3.1, в), ротор машини обертається убік, протилежну полю (Ω <0, s = > 1). У цьому режимі електромагнітний момент М, що врівноважує зовнішній момент, як і в режимі двигуна (напрямок обертання поля Ω. 5 щодо ротора залишається таким же, як в режимі двигуна), спрямований у бік поля і вважається позитивним (М> 0). Однак, оскільки Ω <0, механічна потужність виявляється негативною:
Ρ хутро = Μ Ω = Ρ Е2 <0
Це означає, що вона підводить до асинхронної машині. Електромагнітна потужність в цьому режимі позитивна:
Ρ ем = Μ Ω 1 = > 0
Це означає, що вона надходить з мережі в машину.
Підведені до ротора машини з боку мережі | Ρ ем | і валу | Ρ хутро | потужності перетворюються в електричні втрати Р Е2 в опорі ротора R '2 (рис. 3.2):
| Ρ хутро | + | Ρ ем | = Ρ Е2 + Ρ Е2 = Ρ Е2 = m 1 R '2 (I' 2) 2.
Асинхронна машина в цьому режимі може бути використана для пригальмовування опускається підйомним краном вантажу. При цьому потужність | Ρ хутро | = | Μ Ω | надходить в ротор машини (див. рис. 3.1).
У режимі ідеального холостого ходу зовнішній обертаючий момент Μ в, момент тертя Μ т = Ρ т / Ω і момент, пов'язаний з додатковими втратами, М д = Ρ д / Ω дорівнюють нулю. Ротор обертається зі швидкістю поля (Ω = Ω 1, s = 0) і не розвиває корисної механічної потужності = 0, Р хутро = ΜΩ = 0).
У режимі ідеального холостого ходу зовнішній момент, прикладений до валу машини, дорівнює нулю в = 0). Вважається також, що відсутній момент від тертя обертових частин. Ротор машини обертається з тією ж кутовою швидкістю, що й обертове поле (Ω = Ω 1), ковзання дорівнює нулю (s = 0); ЕРС і струми в обмотці ротора не індукуються (I 2 = 0), і електромагнітний момент, що врівноважує зовнішній момент і момент сил тертя, дорівнює нулю = 0).
Режим холостого ходу асинхронної машини аналогічний режиму холостого ходу трансформатора. У асинхронної машині і в трансформаторі струм в цьому режимі є тільки в первинній обмотці I 1 ≠ 0, а у вторинній - відсутня (I 2 = 0); в машині і в трансформаторі магнітне поле утворюється в цьому режимі тільки первинним струмом, що дозволяє називати струм холостого ходу намагнічує струмом (I 1 = I 0). На відміну від трансформатора система струмів I 0 у фазах багатофазної обмотки статора утворює обертове магнітне поле.
За аналогією з трансформатором рівняння напруг необхідно скласти при холостому ході тільки для фази обмотки статора, що є первинною обмоткою:
,
де   - ЕРС, індуктірованное у фазі обертовим магнітним полем з потоком Ф га;
        - Фазна напруга первинної мережі;
R 1, Х 1 - активний й індуктивний опори розсіювання фази первинної обмотки (див. далі).
У силу малості падінь напруг X 1 I 0 і R 1 I 0 напруга майже повністю врівноважується ЕРС    т. е. = - .

У режимі холостого ходу R 'хутро = R '2 = ∞, струм R '2 = 0 і схема заміщення містить тільки одну гілку Z 1 + Z 0 (Т-образна і Г-образна схеми не відрізняються один від одного).
У режимі короткого замикання під дією зовнішнього моменту Μ в, врівноважує електромагнітний момент М, ротор утримується в нерухомому стані (Ω = 0, s = = 1) і не робить корисною механічної роботи хутро = Μ Ω = 0).
Напрямок струму i 2a та електромагнітного моменту Μ залишається таким же, як в режимі двигуна, і Μ> 0 (див. рис. 3.1, г). Електромагнітна потужність Р ем = Μ Ω 1 > 0 - вона надходить в ротор із статора і перетворюється в електричні втрати (Р ем = = Р Е2). У цьому режимі асинхронна машина працює як коротко-замкнутий зі вторинної сторони трансформатор, відрізняючись від нього тільки тим, що в ній існує обертове поле взаємної індукції замість пульсуючого поля у трансформаторі.
У режимі короткого замикання R 'хутро = R '2 = 0 і опір схеми заміщення за рис. 42-3 визначається паралельно включеними опорами Z 1 + Z 0 і Z 1 + Z '2. Маючи на увазі, що | Z 1 + Z '2 | «| Z 1 + Z 0 |, можна відкинути гілку Z 1 + Z 0 і вважати опір схеми заміщення при короткому замиканні рівним
Z к = Z 1 + Z '2 = R к + j X к (43-3)
де
R к = R 1 + R '2
Якщо до нерухомого ротора асинхронної машини підключити симетричну систему додаткових опорів R + j Х 2д, то вона буде працювати як трансформатор, що перетворює електричну енергію, що надходить з первинної мережі, в електричну енергію з іншими параметрами, споживану додатковими опорами R + j Х . Тому режим при s = 1 називається також режимом трансформатора.
Змінити режим роботи асинхронної машини або ковзання машини в даному режимі (при U 1 = Const і f 1 = Const) можна тільки шляхом зміни зовнішнього моменту М в, прикладеної до валу машини. При М в = 0 ротор обертається зі швидкістю поля (Ω = Ω 1, s = 0) і машина не робить корисного перетворення енергії. При впливі на вал ротора зовнішнього моменту М в, спрямованого проти напрямку обертання поля, швидкість ротора зменшується до тих пір, поки не з'явиться електромагнітний момент Μ = f (s), який врівноважить момент М в. Машина переходить в режим двигуна s = > 0. Навпаки, при впливі зовнішнього моменту М в направленого за обертанню поля, швидкість ротора робиться більшою, ніж швидкість поля (Ω> Ω 1), і машина переходить в режим генератора (s = <0).
Нарешті, до режиму гальма можна перейти з режиму двигуна, змінюючи зовнішній момент М в таким чином, щоб ротор спочатку зупинився, а потім прийшов в обертання в протилежну сторону (по відношенню до поля).

4. ЛІТЕРАТУРА.
1. Іванов-Смоленський А. В. Електричні машини: Підручник для вузів. - М.: Енергія, 1980. - 928 с., Іл.
2. Вольдек А. І. електричної машини. Підручник для студентів вищих навч. Закладів. Л., «Енергія», 1974.
3. Проектування електричних машин: Учеб. Для вузів / За ред. І. П. Копилова. М.: Вищ. Шк., 2002. - 757 с.: Іл.
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Виробництво і технології | Реферат | 47,6кб. | скачати

Схожі роботи:
Проектування асинхронних двигунів
Ремонт магнітної системи асинхронних двигунів
Особливості та перспективи використання асинхронних двигунів з короткозамкненим статором і перетворенням
Режими роботи й стандарти факс-апаратів
Режими роботи джерела електричної енергії
Компоненти та режими роботи сучасного фотографічного апарату
Режими роботи оператора в системі людина машина
Режими роботи оператора в системі людина-машина
Характеристика будову та режими роботи машини хімічного чищення КХ-022
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru